白石水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

師寧焉

（遼寧省白石水庫(kù)管理局，遼寧 朝陽(yáng) 122000）

1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和主要功能

白石水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)，以外部觀測(cè)為主，內(nèi)部觀測(cè)在滿(mǎn)足要求的前提下，適當(dāng)簡(jiǎn)化。其中：外部監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有變形監(jiān)測(cè)和滲流監(jiān)測(cè)；內(nèi)部觀測(cè)布置在11號(hào)溢流壩段和27號(hào)擋水壩段的中部。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有溫度監(jiān)測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)、裂縫監(jiān)測(cè)。此外，在庫(kù)區(qū)設(shè)置氣象站，進(jìn)行氣溫、氣壓、蒸發(fā)、風(fēng)速風(fēng)向等環(huán)境量觀測(cè)。

1.1 變形監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

1.1.1 壩基水平和垂直位移監(jiān)測(cè)

壩基水平位移監(jiān)測(cè)，在灌漿廊道水平段6號(hào)～26號(hào)壩段布置一條全長(zhǎng)350 m引張線(xiàn)，每壩段中部設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，共19個(gè)，高程89.4 m。

壩基垂直位移采用精力水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，在灌漿廊道水平段6號(hào)、8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)、12號(hào)、14號(hào)、16號(hào)、17號(hào)、18號(hào)、20號(hào)、22號(hào)、24號(hào)、25號(hào)、26 號(hào)壩段中心處，各布置一臺(tái)靜力水準(zhǔn)儀，共14個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)高程88.7 m。

在水平廊道6號(hào)和26號(hào)壩段，各布置一條三維倒垂線(xiàn)，作為壩基位移監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)。

1.1.2 壩頂水平和垂直位移監(jiān)測(cè)

在壩頂上游側(cè)，采用真空激光準(zhǔn)直技術(shù)監(jiān)測(cè)壩頂水平和垂直位移。該系統(tǒng)全長(zhǎng)500 m，在每個(gè)壩段中部設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn),共30個(gè)，測(cè)點(diǎn)高程134.3 m。

在0號(hào)和31號(hào)壩段，各布置一條三維倒垂線(xiàn)作為壩頂位移監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)。

1.1.3 水準(zhǔn)測(cè)量

為校核壩基、壩頂自動(dòng)化位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，增設(shè)了精密水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，采用數(shù)字式精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行人工測(cè)量。

1.2 滲流監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

1.2.1 壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)

在灌漿廊道（1號(hào)～31號(hào)壩段），共布置47支揚(yáng)壓力計(jì)。其中，9號(hào)、16號(hào)、24號(hào)壩段橫向排水廊道作為壩基揚(yáng)壓力的3個(gè)橫向觀測(cè)斷面，9號(hào)、16號(hào)壩段。各布置4支揚(yáng)壓力計(jì)，24號(hào)壩段布置3支揚(yáng)壓力計(jì)；縱向斷面9號(hào)、11號(hào)、20號(hào)、22號(hào)壩段各布置2支揚(yáng)壓力計(jì)，其余每壩段布置1支揚(yáng)壓力計(jì)。

1.2.2 壩基和壩體滲透流量監(jiān)測(cè)

在灌漿廊道底板，每2 m布置一個(gè)壩基排水管，排水管深入基巖2 m，通過(guò)壩基排水管由人工監(jiān)測(cè)壩基滲漏量；對(duì)于壩體滲流，根據(jù)壩體排水孔滲漏情況，亦由人工方法定期觀測(cè)。

在9號(hào)、16號(hào)、24號(hào)壩段，橫向廊道排水溝內(nèi)，安裝了3個(gè)量水堰，分區(qū)測(cè)量壩體、壩基滲透流量。此外，在3個(gè)集水井內(nèi)各安裝一套排水量自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置。

1.3 溫度測(cè)點(diǎn)的布置

1.3.1 壩體溫度測(cè)點(diǎn)的布置

在11號(hào)、27號(hào)壩段，分別從高程87.5 m和92.75 m開(kāi)始按網(wǎng)格布置，間距為7.5 m。 為了能同時(shí)監(jiān)測(cè)水庫(kù)水溫，對(duì)27號(hào)壩段距上游立面0.3 m的壩面溫度測(cè)點(diǎn)做了適當(dāng)加密。

在27號(hào)壩段107 m高程下游距壩面0.06 m處，埋設(shè)5支溫度計(jì)，間距0.1 m，監(jiān)測(cè)混凝土的導(dǎo)溫性。

1.3.2 基巖溫度測(cè)點(diǎn)的布置

在11號(hào)壩段基礎(chǔ)staD0+16.5（垂直壩軸線(xiàn)方向）和sta0+221.5（壩軸線(xiàn)方向）交線(xiàn)處，從基巖下10 m向上，依次埋設(shè)4支溫度計(jì)，間距為2 m，進(jìn)行基巖溫度監(jiān)測(cè)。

1.4 應(yīng)力應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的布置

在11號(hào)溢流壩段壩踵和壩趾89 m高程、距上游面1.5 m、距下游面3.0 m處，分別埋設(shè)1組五向應(yīng)變計(jì)和1支無(wú)應(yīng)力計(jì)，在壩踵應(yīng)變計(jì)組附近距上游面2.5 m，埋設(shè)1支水平壓應(yīng)力計(jì)和1支垂直壓應(yīng)力計(jì)。

在27號(hào)擋水壩段94.25 m高程，距上游面2.5 m，距下游面4.0 m處，分別布設(shè)1組五向應(yīng)變計(jì)和1支無(wú)應(yīng)力計(jì)，在壩踵應(yīng)變計(jì)組附近距上游壩面2.5 m處，布置1支水平壓應(yīng)力計(jì)和1支垂直壓應(yīng)力計(jì)。

1.5 裂縫監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

為研究24號(hào)、26號(hào)壩段下游111.5 m高程，越冬面水平誘導(dǎo)縫開(kāi)裂情況，在兩壩段各埋設(shè)3支裂縫計(jì)，距下游面分別為0.5 m、1.5 m、3.0 m。

2 觀測(cè)儀器設(shè)備的安裝與埋設(shè)

2.1 內(nèi)部觀測(cè)儀器的埋設(shè)

儀器埋設(shè)中應(yīng)注意的問(wèn)題：

1）將率定好的儀器按設(shè)計(jì)接長(zhǎng)電纜，電纜接頭按要求硫化。

2）在碾壓混凝土內(nèi)埋設(shè)儀器，必須采用后埋法，即在該層混凝土碾壓后，采用預(yù)留或人工造坑埋設(shè)，以避免混凝土碾壓時(shí)儀器損壞，并嚴(yán)格按技術(shù)要求注意其方向性。

3）儀器埋設(shè)后，坑槽回填混凝土必須保證與周?chē)炷两Y(jié)合良好，確保儀器與混凝土成為一個(gè)整體。

4）儀器在埋設(shè)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，如發(fā)現(xiàn)儀器有異常變化或損壞，及時(shí)采取補(bǔ)救措施。 儀器和電纜埋設(shè)完畢，經(jīng)檢測(cè)確認(rèn)儀器工作正常后，記錄初始讀數(shù)，繪制埋設(shè)施工草圖，填寫(xiě)施工記錄。

5）將敷設(shè)好的電纜集中引到指定的臨時(shí)觀測(cè)站，并加以保護(hù)，避免施工機(jī)械或人為的損壞。

2.2 變形監(jiān)測(cè)儀器的安裝

2.2.1 引張線(xiàn)的安裝與調(diào)試

1）首先按照?qǐng)D紙要求，進(jìn)行引張線(xiàn)觀測(cè)墩的混凝土澆筑施工。

2）校核觀測(cè)墩的位置，保證所有觀測(cè)墩在一條直線(xiàn)上，且墩面高程差不超過(guò)5 mm。

3）在引張線(xiàn)兩端點(diǎn)分別安裝固定端和活動(dòng)端裝置。

4）引張線(xiàn)線(xiàn)體采用高強(qiáng)不銹鋼絲，用φ140 mm PVC管保護(hù)，保護(hù)管支架由角鋼制成，用膨脹螺栓固定于廊道側(cè)壁。

5）觀測(cè)墩上放置引張線(xiàn)儀測(cè)點(diǎn)箱，箱內(nèi)安裝水箱和浮船等。

6）在活動(dòng)端加上砝碼，調(diào)整測(cè)點(diǎn)箱，使線(xiàn)體處于保護(hù)管中心軸線(xiàn)位置。

7）安裝SWT-50型引張線(xiàn)儀、人工比測(cè)標(biāo)尺等。

8）儀器調(diào)試，主要包括復(fù)位試驗(yàn)和精度試驗(yàn)，以考核系統(tǒng)的綜合精度。

2.2.2 三維倒垂線(xiàn)的安裝與調(diào)試

三維倒垂線(xiàn)儀是由一臺(tái)STC-50型垂線(xiàn)坐標(biāo)儀和一臺(tái)SWC-50型引張線(xiàn)坐標(biāo)儀組成。將垂線(xiàn)坐標(biāo)儀水平安裝，測(cè)量水平位移；引張線(xiàn)坐標(biāo)儀垂直安裝，測(cè)量垂直位移。

1）φ168 mm倒垂孔巖石鉆孔：孔口安裝定位盤(pán)，埋設(shè)導(dǎo)向管，并經(jīng)常用萬(wàn)能角尺檢查和校正巖芯孔的傾角。鉆孔過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)孔斜超過(guò)允值時(shí)，采用掃孔、中心導(dǎo)向管等方法進(jìn)行糾偏。

2）保護(hù)管采用φ110 mm的無(wú)縫鋼管，底部封堵，管內(nèi)涂防銹漆，安裝合格后，用水泥漿固定管與鉆孔間隙。

3）倒垂線(xiàn)線(xiàn)體采用φ1.65 mm銦鋼絲，一端錨固于管底，另一端連接浮體，浮筒采用浸沒(méi)式不銹鋼浮筒。

4）在孔口處澆筑混凝土觀測(cè)墩，墩與壩體用預(yù)埋筋錨固成一整體。

5）焊接光學(xué)垂線(xiàn)坐標(biāo)儀支架，并安裝垂線(xiàn)坐標(biāo)儀。

6）安裝引張線(xiàn)坐標(biāo)儀，并在垂線(xiàn)合適位置固定一水平鋼桿，作為垂直位移測(cè)量基準(zhǔn)。

7）倒垂線(xiàn)調(diào)試。

2.2.3 靜力水準(zhǔn)儀的安裝、調(diào)試與標(biāo)定

1）與引張線(xiàn)相似，首先進(jìn)行觀測(cè)墩的混凝土澆筑施工，并校核觀測(cè)墩的位置，保證所有觀測(cè)墩在一條直線(xiàn)上，墩面高程差不超過(guò)3 mm。

2）管路連接前，清洗水管、錐體和管接頭。然后進(jìn)行連接管路，安裝靜力水準(zhǔn)儀、標(biāo)定裝置。

3）從末端錐體沿內(nèi)壁徐徐注入蒸餾水，注意排除氣泡。

4）將位移傳感器移動(dòng)件安裝在浮子上，把浮子放在錐體內(nèi)，瞄準(zhǔn)鉛垂線(xiàn)，輕敲浮子，直至傳感器移動(dòng)件垂直。

5）調(diào)整、固定目視測(cè)微固定座，使目視讀數(shù)清晰。6）靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)安裝完成后，接入自動(dòng)化系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和標(biāo)定工作。

2.3 施工期間應(yīng)注意的問(wèn)題

1）選擇合適的儀器，按規(guī)定的頻次進(jìn)行觀測(cè)。

2）認(rèn)真填寫(xiě)觀測(cè)記錄，記錄儀器工作狀態(tài)、注意觀測(cè)日常氣溫、庫(kù)水位和水溫變化情況。

3）使用便攜式讀數(shù)儀，每月應(yīng)對(duì)儀表進(jìn)行一次準(zhǔn)確度檢驗(yàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

白石水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)除滲流觀測(cè)、精密水準(zhǔn)觀測(cè)采用人工外，其它觀測(cè)項(xiàng)目均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化觀測(cè)。其中壩基和壩頂?shù)淖冃斡^測(cè)還可進(jìn)行人工比測(cè)；內(nèi)觀儀器由于沒(méi)有人工觀測(cè)接口，完全依靠自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。兩年來(lái)，由于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，因此，資料分析時(shí)仍然采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，人工比測(cè)資料只作為參考。